[发明专利]一种锌离子电极及其制备方法及混合超级电容器

说明书

本发明公开了一种锌离子电极的制备方法，包括：(1)将石墨烯与粘结剂分散于分散剂中，得到浆料；(2)将浆料均匀地涂覆在锌箔的其中一面上，得到中间体；(3)将中间体的未涂覆面在预定压力下，压制在泡沫金属片上，得到预成品；(4)将预成品进行干燥，得到电极。本发明还公开了一种锌离子电极，其由上述制备方法制备而得；本发明还公开一种混合超级电容器，其包括上述锌离子电极。本发明以泡沫金属片作为负载石墨烯和锌的基体，使石墨烯能稳定地涂覆在锌箔上，进而有效抑制锌离子电极的枝晶生长，提高锌离子电极的稳定性和使用寿命。

技术领域

本发明涉及电容电极制造技术领域，尤其涉及一种锌离子电极及其制备方法及混合超级电容器。

背景技术

超级电容器是一种具有高功率密度、宽工作温度、长寿命、低成本和高安全性的储能设备。然而，传统的双电层电容器能量密度较低，不能满足电子器件的商业需求。为了解决这个问题，将高能电池和大功率的超级电容器相结合制成混合电容器。在这些存储设备所使用的电极材料中，由于金属锂、钾和钠的活性很高，直接用作电池的电极时可能会引发安全问题。因此，锌、铝、镁等其他金属被认为是良好的替代品。铝金属水系统存在钝化膜Al₂O₃形成、析氢、腐蚀等严重缺陷，阻碍了铝基储能器件的发展。对比之下，锌金属电极的理论容量高达823mAh·g^-1(Zn/Zn²⁺)，氧化还原电位低至-0.76V(与标准氢电极相比)，体积容量为5857mAh·mL^-1以及价格低等优点被认为是很有潜力的负极材料。然而，在充放电循环过程中，传统的锌金属电极也存在明显的缺点，如枝晶生长、自放电和副反应，尤其是连续的枝晶生长会因刺穿隔板而引起短路，降低了混合超级电容器的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种锌离子电极的制备方法，其能有效抑制锌离子电极的枝晶生长和有效抑制电极的副反应。

本发明还提供一种锌离子电极，其结构稳定，安全性高。

本发明还提供了一种混合超级电容，其使用寿命长，电容性能良好。

为了解决上述问题，本发明提出了一种锌离子电极的制备方法，包括：

(1)将石墨烯与粘结剂分散于分散剂中，得到浆料；

(2)将浆料均匀地涂覆在锌箔的其中一面上，得到中间体；

(3)将中间体的未涂覆面在预定压力下，压制在泡沫金属片上，得到预成品；

(4)将预成品进行干燥，得到电极。

作为上述技术方案的改进，步骤(1)包括：

(1.1)将粘结剂分散于水中，得到粘结剂分散液；

(1.2)将所述石墨烯和所述粘结剂分散液分散于分散剂中，得到浆料；

其中，所述石墨烯与所述粘结剂分散液的质量之比为80：3；

其中，所述粘结剂分散液中的粘结剂含量为13-17wt％。

作为上述技术方案的改进，所述粘结剂为PVDF、PTFE、CMC中的一种或多种。

作为上述技术方案的改进，步骤(2)中的石墨烯涂覆层厚度为1-3μm。

作为上述技术方案的改进，所述锌箔厚度为15-30μm。

作为上述技术方案的改进，所述泡沫金属片的厚度为1-3μm。

作为上述技术方案的改进，所述泡沫金属片的材质为泡沫镍、泡沫铁镍、泡沫铜中的一种或多种。

作为上述技术方案的改进，步骤(3)中的所述预定压力为2-10MPa；